高速铁路地震预警系统现状综述

第27卷，第3期

2011年9月世界地震工程WORLD EARTHQUAKE ENGINEERING Vol．27，No．3Sep．2011收稿日期：2010－04－19；

修订日期：2010－04－29基金项目：十一五国家科技支撑计划项目（2009BAG12A01－K01－3）作者简介：孙

利（1984－），男，硕士研究生，主要从事高速铁路预警技术研究.E-mail ：lisun_13@ 通讯作者：林皋（1929－），男，教授，博士生导师，中国科学院院士．E-

mail ：gaolin@dlut．edu．cn 文章编号：1007－6069（2011）03－0089－08

高速铁路地震预警系统现状综述

孙

利，钟红，林皋（大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024）摘要：地震是对高速列车安全运营威胁最大的自然灾害。在目前地震预报技术还很不成熟的情况

下，

发展地震预警技术是当前减轻或避免地震对高速铁路危害的重要措施。文中阐述了地震预警技术的原理及其在铁路方面的应用。对国内外已有的高速铁路地震预警系统的发展和现状进行了介

绍。结合国内外的发展现状和京沪高速铁路对地震预警系统的实际需求，对我国高速铁路的地震预

警系统进行了探讨。主要针对高速铁路预警系统的报警阈值，监测点的布置，列车控制方式和预警

系统的基本组成等关键问题的研究现状进行了总结和探讨。对我国高速铁路地震预警系统的建立

具有重要的借鉴意义。

关键词：地震预警；高速铁路；报警阈值；监测点；列车控制方式

中图分类号：U238；U298；P315．61；X924．3文献标志码：A

An overview of earthquake early warning systems for high speed railways

and its application to Beijing-Shanghai high speed railway

SUN Li ，ZHONG Hong ，LIN Gao

（Faculty of Infrastructure Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116024，China ）

Abstract ：Earthquake is a disastrous hazard regarding the safety and stability of high speed trains．Considering the fact that earthquake forecast is not matured yet ，development of earthquake early warning system is a very important countermeasure for earthquake disaster mitigation．Quite a few high speed railways are being or to be built to im-prove traffic condition in China ，but there ’s yet no existing on the earthquake early warning system for high speed railways in Chinese mainland．Basic principles of the earthquake early warning system and its application to railways are presented．The state-of-the-art of the earthquake early warning systems for high speed railways around the world is introduced．Main points in development of the earthquake early warning system for high speed railways are dis-cussed ，including threshold for early warning ，layout of monitoring stations ，train operation and structure of the ear-ly warning system ，with particular attention paid to the Beijing-Shanghai high speed railway．The present review is expected to be of significance to the development of the early warning system for high speed railways in China．Key words ：earthquake early warning ；high speed rail way ；alarm threshold ；monitoring point ；train operation control mode

09世界地震工程第27卷

引言

交通工具的革新和进步对国民经济的繁荣和发展起着关键的作用［1］。然而，目前持续高速发展的国民经济对交通运输的巨大需求，却得不到满足［2］。提高运输能力成为了解决这一矛盾的关键。高速铁路具有行车速度快、运能大、安全性高、全天候运行、能耗低、占地面积小、环境污染轻、舒适度高的技术优势［3］。因此，中国铁路决定把发展客运高速作为实现现代化的一个主要方向。即将建成的京沪高铁是我国目前投资规模最大、技术含量最高、达到世界先进水平的高速铁路。京沪高速铁路的建设标志着中国铁路发展进入了高速时代［2］。

安全是铁路运输之本。高速铁路由于列车高速度、高密度运行，对行车安全保障体系提出了更高的要求。世界各国在修建高速铁路时，建立高速铁路安全监测系统是必须解决的关键技术之一。安全监测系统主要针对风、雨、轨温、崩塌和落石、地震等自然灾害进行防范和监测。在危害高速铁路安全运行的众多自然灾害中，地震是一种发生概率较小，但危害性最大的突发性灾害。当列车在低速运行时地震的危害性不是很突出；但由于轮轨之间的横向力与列车运行速度的平方成正比［4］，当速度超过200km/h时，即使是较小的地震也可能造成列车出轨甚至翻车的重大安全事故。2010年3月5日，台湾高雄发生里氏6．7级地震，造成台湾高铁出轨。乘客形容当时就像是坐云霄飞车，一路颠簸急速跳跃。2004年10月24日，日本新泻地震中，首次运行的新干线列车发生严重的脱轨事故。由10节车厢组成的列车中有7节车厢脱轨。为了防止或减轻地震对高速铁路的危害，世界上已经拥有高速铁路的国家都针对高速铁路建立了地震预警系统。

我国是地震多发国家。以京沪高速铁路为例，沿线经过华北平原地震带、郯城－营口地震带、淮河地震带和长江中下游－南黄海地震带等4条主要地震带。在近场区内，有第四纪活动断裂77条，其中全新世活动断裂6条，晚更新世活动断裂15条。地震对高铁运行构成严重威胁。通过借鉴国外高铁地震预警的经验，针对我国高铁建设运行情况和地震地质条件进行深入研究，建立高效、可靠、可行的高铁地震预警系统，是我国地震区高铁建设必须解决的技术问题。

1预警技术的原理

地震发生时会产生多种地震波，但主要有P波和S波［5］。P波的传播速度较快，破坏性较小；S波传播速度较慢，却是引起破坏的主要原因。因此，可以利用电磁波和地震波、P波与S波之间的速度差，在地震已经发生而破坏性的地震波尚未到达之前的数秒至数十秒间发出地震警报，通知正在行驶的高速列车减速或停车，避免造成安全事故。

地震预警技术的原理，可以用闪电打雷来比喻。人们看到闪电后，可以准确地“预报”几秒种后会打雷。实质上，闪电和打雷是同时发生的，只是由于光波速度比声波快而已［6］。

地震预警技术的预警方式分为地震参数预警与地震动值预警［6－8］。前者是利用地震仪检测到的振动信息推算震级、震源深度、震中距等参数，确定预警的范围和级别。这种方式决策时间长，但有效性高。后者是直接利用地震动值是否超过给定的阈值来预警。这种方法准确性高，但其既不区分P波与S波震相也不确定地震的有关参数，有效性较低。地震动值预警是较为传统的预警方式，而现代的地震预警系统的主要发展方向为地震参数预警。

根据震中与预警目标区（需要向其发出警报的地区，此处是指高速行驶的列车）的距离，地震预警系统在理论上可以分为2大类［7，8］：异地震前预警系统（front-detection EWS）和本地地震预警系统（onsite EWS）。异地地震预警（图1）是将地震仪安装在潜在震源区，利用电磁波和地震波之间的速度差，对离震源几十千米（具体的距离与所采用的预警系统及场地条件有关）以外的预警目标区进行预警。在现代的地震预警系统中，这类预警系统通过S波来确定各种地震参数，准确性较好，但从地震发生到警报发布的时间较长。本地地震预警（图2）利用P波与S波之间的速度差，通过P波的初始段来确定震源参数，可在S波到达之前发出预警。这类预警系统的预警速度最快，但误报率和漏报率较高［7，8］。